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DE3514379A1 - HEAT EXCHANGER - Google Patents

HEAT EXCHANGER

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DE3514379A1
DE3514379A1 DE19853514379 DE3514379A DE3514379A1 DE 3514379 A1 DE3514379 A1 DE 3514379A1 DE 19853514379 DE19853514379 DE 19853514379 DE 3514379 A DE3514379 A DE 3514379A DE 3514379 A1 DE3514379 A1 DE 3514379A1
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DE
Germany
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matrix
heat exchanger
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metal
hot gas
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DE19853514379
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German (de)
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DE3514379C2 (en
Inventor
Klaus Dipl.-Ing. 8000 München Hagemeister
Bernhard Dr. 8035 Gauting Wöhrl
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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Priority to DE8686105461T priority patent/DE3660324D1/en
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/005Other auxiliary members within casings, e.g. internal filling means or sealing means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)

Description

35 ESP-802 18.4.198535 ESP-802 April 18, 1985

-5" 35H379- 5 "35H379

sr-sisr-si

MTUMOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH
MTUMOTOREN AND TURBINE UNION
MUNICH GMBH

München, den 18.4.1985Munich, April 18, 1985

WärmetauscherHeat exchanger

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1.

Bei einem derartigen, z.B. aus der US-PS 4,475,586 bekannten Wärmetauscher ist es erforderlich, eine Berandungsleitwand im Bereich der Umlenkung der zu U-förmigen Bügeln geformten Rohre anzuordnen. Derartige Berandungen wurden bislang beispielsweise als Blechflügel ausgeführt, die ausschließlich der bogenförmigen außenständigen Kontur der Rohrbügel im Bereich der Umlenkung folgen. Da eine solche Berandung konstruktionsbedingt Bestandteil einer anderen, die Wärmetauscherrohrmatrix ummantelnden Gehäusebaueinheit ist, deren Temperatur- und Dehnungsver-Such is known, for example, from U.S. Patent 4,475,586 Heat exchanger requires a boundary baffle to be arranged in the area of the deflection of the tubes formed into U-shaped brackets. Such borders have so far been designed, for example, as sheet metal wings that only have the arcuate outer contour follow the tubular bracket in the area of the deflection. Since such a boundary is part of a another housing assembly encasing the heat exchanger tube matrix whose temperature and expansion

laufe sich von denen der Wärmetauscherrohrmatrix unterscheiden, erfordert eine derartige Anordnung, um das Prinzip der freien Verschieblichkeit der randständigen Rohrbügel der Matrix nicht zu gefährden, einen dementsprechenden Abstand zwischen dem Blechflügel und der randständigen Reihe von Rohrbügeln der Matrix.run different from those of the heat exchanger tube matrix, requires such an arrangement, to the principle of the free movement of the marginal Not to endanger the tubular bracket of the matrix, a corresponding distance between the sheet metal wing and the marginal row of tubular brackets of the matrix.

Für das eine Arbeitsmedium, also das Heißgas, bewirkt ein solcher Abstand einen verhältnismäßig großen Teilleckfluß.
35
For one working medium, that is to say the hot gas, such a distance causes a relatively large partial leakage flow.
35

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Daraus ergeben sich zwei wesentliche, die Effektivität des Wärmetauschers beeinträchtigende Nachteile:This results in two major disadvantages that impair the effectiveness of the heat exchanger:

Es ist dies erstens die Tatsache, daß diese Heißgasleckmenge nicht am Wärmetauschprozeß teilnimmt, und zweitens, daß sie am Austritt aus dem Spalt mit verhältnismäßig großer Strömungsgeschwindigkeit in das natürliche Heißgasabströmgebiet stromab der Profilrohrmatrix "schießt", wodurch Mischturbulenzen in diesem Abströmgebiet, und damit also verhältnismäßig starke Strömungsungleichförmigkeiten entstehen, die zusammen mit dem ersten Nachteilsfaktor zu einer verhältnismäßig starken Verringerung des Wärmetauschgrades führen.It is firstly the fact that this hot gas leakage does not take part in the heat exchange process, and secondly, that they exit the gap with a relatively high flow velocity in the natural hot gas outflow area downstream of the profile tube matrix "shoots", creating mixed turbulence in this outflow area, and so that there are relatively strong flow irregularities, which together with the first disadvantage factor lead to a relatively large reduction in the degree of heat exchange.

Bei einem weiteren aus der US-PS 3,746,083 bekannten Wärmetauscher ist die der Matrixumlenkung mit Abstand folgende Berandungsleitwand fester Bestandteil des die Heißgase führenden Gehäuses und stützt sich dabei unmittelbar mittels den Spalt zwischen Berandungsleitwand und Matrixrohrbügeln überbrückender Druckstücke an den letzteren ab. Hierdurch kann zwar der äußere Heißgasleckflußspalt teilweise abgedichtet werden mit der gleichzeitigen Folge eines jedoch undefinierbaren Wärmeaustauschprozesses im Bereich der äußeren Rohrbügelumlenkung. Eine homogen entlang des äußeren Umlenkbereiches der Matrixrohrbügel geführte Heißgasströmung kann somit nicht gewährleistet sein. Insbesondere im Umlenkungsbereich hervorgerufene, thermisch bedingte Differenzdehnungen zwischen den Rohrbügeln selbst sowie zwischen Rohrmatrix und Gehäuse bzw. äußerer Berandungsleitwand finden im vorliegenden bekannten Fall keinerlei Berücksichtigung.In another heat exchanger known from US Pat. No. 3,746,083 the bordering baffle following the matrix deflection at a distance is an integral part of the hot gases leading housing and is supported directly by means of the gap between the edge guide wall and the matrix tube bracket bridging pressure pieces on the latter. Although this allows the outer hot gas leakage flow gap are partially sealed with the simultaneous consequence of an however indefinable heat exchange process in the area of the outer tubular bracket deflection. One homogeneous along the outer deflection area of the matrix tube bracket Guided hot gas flow can therefore not be guaranteed. Particularly in the deflection area, thermally induced differential expansion between the tubular brackets itself as well as between the pipe matrix and the housing or outer boundary baffle are known in the present case Case no consideration.

Im Rahmen des zuvor erörterten Standes der Technik finden ferner betriebsbedingte Relativbewegungen der Matrix-In the context of the prior art discussed above, operational relative movements of the matrix

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~η- 35Η379 ~ η - 35Η379

rohrbündel als Ursache von Rohrschwingungen und -Auslenkungen keinerlei Berücksichtigung. Darüber hinaus sind zu Bekanntem keinerlei Mittel aufgezeigt, die im Rahmen des besprochenen Problemkreises in der Lage wären, unter gleichzeitiger Kompensation der genannten Relativbewegungen der Rohrmatrix deren Schwingungen zu dämpfen.Pipe bundles as the cause of pipe vibrations and deflections are not taken into account. Furthermore No means are shown for known things that would be able within the framework of the discussed problem area, to dampen the vibrations of the pipe matrix while simultaneously compensating for the said relative movements.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile zu beseitigen und einen Wärmetauscher nach der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Relativbewegungen der einzelnen Prbfilrohre untereinander sowie zwischen den letzteren und der die Matrix umschließenden Heißgasgehäusestruktur beherrschbar und zugleich insbesondere der bogenförmige äußere Profilrandbereich der Matrix weitestgehend mit in den Wärmetauschprozeß einbezisnöar ist, ohne die Homogenität des heißgasseitigen Abströmgebietes am Matrixaustritt zu gefährden.The invention is based on the object mentioned To eliminate disadvantages and to create a heat exchanger according to the type mentioned, in which the relative movements of the individual sample tubes with one another and between the latter and the one surrounding the matrix Hot gas housing structure controllable and at the same time in particular the arcuate outer profile edge area of the Matrix largely included in the heat exchange process is without endangering the homogeneity of the hot gas side outflow area at the matrix outlet.

Die gestellte Aufgabe ist gemäß den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst. The task set is according to the characteristics of the marking part of claim 1 solved according to the invention.

Das erfindungsgemäße Dichtelement ist somit in der Lage, die als Ursache von unterschiedlichen Temperaturen, Schwingungen oder elastischen Auslenkungen verursachten Relativbewegungen der einzelnen Matrix-Rohrbügel zu kompensieren und zugleich dabei den unerwünschten, zuvor definierten Heißgasleckspalt konsequent abzusperren, und zwar so, daß auch der äußere randständige Matrixumlenkungsbereich im Rahmen der Heißgashauptdurchströmrichtung in den Wärmetauschprozeß einbeziehbar ist.The sealing element according to the invention is thus able to which are the cause of different temperatures, vibrations or elastic deflections To compensate for relative movements of the individual matrix tubular brackets and at the same time the undesired, previously consistently shut off defined hot gas leakage gap in such a way that also the outer edge matrix deflection area can be included in the heat exchange process within the framework of the main flow direction of the hot gas.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 15 35Advantageous embodiments of the subject matter of the invention result from the features of claims 2 to 15 35

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Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigen:The invention is further explained, for example, with the aid of the drawings; show it:

Fig. 1 eine schematische wiedergegebene Grundausführung des Wärmetauschers, worin eine Stirnseite der Profilrohrmatrix nebst Rohrführungen im Wege einergänzlich geschnittenen Gehäusestruktur sowie die Nachteile zu Bekanntem verdeutlicht sind/Fig. 1 is a schematic reproduced basic version of the heat exchanger, wherein one end face of the Profile tube matrix together with tube guides by way of a completely cut housing structure and the disadvantages to the familiar are clarified /

Fig. 2 die Profilrohrmatrix nach Fig. 1 in schematischer perspektivischer Ansicht im Bereich der Umlenkung unter Weglassung der Berandungsleitwand,FIG. 2 shows the profile tube matrix according to FIG. 1 in schematic form perspective view in the area of the deflection with the omission of the boundary baffle,

Fig. 3 eine im Gegensatz zu Fig. 1 seitlich von zwei benachbarten Sammelrohren U-förmig auskragende Rohrmatrix unter Zuordnung des Erfindungsgegenstandes im Wege eines Teillängsschnitts der Gehäuse- und Berandungsleitwandstruktur,3 shows, in contrast to FIG. 1, a U-shaped projecting laterally from two adjacent collecting pipes Pipe matrix with assignment of the subject matter of the invention by way of a partial longitudinal section of the Housing and border baffle structure,

Fig. 4 ein beipielsweise das thermisch bedingte Ausdehnungskompensationserfordernis der Rohrma-trix unter Bezug auf die Berandungsleitwand verkörperndes Schema zum Wärmetauscher nach Fig. 3,4 shows, for example, the thermally induced expansion compensation requirement embodying the pipe matrix with reference to the edge guide wall Scheme for the heat exchanger according to FIG. 3,

5 Fig. 5 ein die Relativbewegung einzelner Rohrbögen verdeutlichendes Schema gemäß Schnitt A-A der Fig. 4,5 Fig. 5 illustrates the relative movement of individual pipe bends Scheme according to section A-A of FIG. 4,

Fig. 6 eine Metall-Filz-Matten-Matrix-Querschnittssektion, worin die Metall-Filz-Matte mit Ausnehmungen für anströmseitige Matrixprofilenden ausgestaltet ist,6 shows a metal-felt-mat-matrix cross-sectional section, wherein the metal-felt mat with recesses for the upstream matrix profile ends is designed,

Fig. 7 einen Abschnitt der blechbeschichteten Metall-FiIz-Matte gemäß Blickrichtung C der Fig. 6,7 shows a section of the sheet-coated metal felt mat according to the direction of view C of FIG. 6,

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~9' 35U379~ 9 '35U379

Fig. 8 einen Schnitt gemäß D-D der Fig. 7 unter Zuordnung der Matrix nebst Sammelrohren nach Fig. 6, insbesondere aber auch Fig. 3,8 shows a section according to D-D of FIG. 7 with assignment the matrix together with manifolds according to FIG. 6, but especially also FIG. 3,

Fig. 9 einen Gehäuse-Dichtungs-Teillängsschnitt im Berandungsleitwandbereich mit stromabwärtig federelastisch abgedichteter Gaszuströmpassage zur GasteilStromablenkung über die Metall-Filz-Matte sowie, im Sinne eines Kreuz-Gegenstrom-Wärme-9 shows a partial longitudinal section of the housing and seal in the edge guide wall area with resiliently sealed gas inflow passage to the downstream Flow deflection via the metal felt mat as well as, in the sense of a cross-countercurrent heat

^ tauscherprozesses, über die der Matte zumindest unmittelbar benachbarte Matrix-Rohrbogen-Sektion,^ exchange process, via which the mat at least immediately adjacent matrix pipe bend section,

Fig. 10 eine perspektivisch dargestellte Wärmetauscheralternative zu den Fig. 1,3,8 und 9 und 10 shows a perspective view of a heat exchanger alternative to FIGS. 1, 3, 8 and 9 and

Fig. 11 eine für die genannten Wärmetauscherbeispiele geeignete Matrix-Prcfilquerschnitts-Sektion, die sich aus einem der Heißgashauptströmungsrichtung G folgenden Matrixschnitt ergibt.11 shows one for the named heat exchanger examples Suitable matrix profile section, which results from one of the hot gas main flow direction G results in the following matrix cut.

Der in Fig. 1 und 2 veranschaulichte Wärmetauscher besteht aus einer ersten, als Sammelbehälter 15 ausgebildeten Rohrführung, einer im wesentlichen parallel dazu verlaufenden, ebenfalls als Sammelrohrbehälter 16 ausge- ° bildeten zweiten Rohrführung und aus einer von Heißgasen G umströmbaren Rohrmatrix 1, die eintrittsseitig für die Zuführung eines aufzuheizenden Arbeitsmediums, z.B. Druckluft (Pfeil D) an den ersten Sammelbehälter 15 und für die Abführung der aufgeheizten Druckluft (Pfeil D1) aus- aw trittsseitig an den zweiten Sammelbehälter 16 angeschlossen ist. Die Rohrmatrix 1 besteht aus seitlich von beiden Sammelbehältern 15, 16 quer gegen die Heißgas Strömungsrichtung G auskragenden, U-förmigen Matrix-The heat exchanger illustrated in FIGS. 1 and 2 consists of a first pipe guide designed as a collecting tank 15, a second pipe guide running essentially parallel to it, also designed as a collecting pipe tank 16, and a pipe matrix 1 around which hot gases G can flow and which on the inlet side for supplying a working medium to be heated, for example, compressed air (arrow D) Removing aw to the first collection container 15 and for discharging the heated compressed air (arrow D 1) takes side to the second header 16 is connected. The pipe matrix 1 consists of U-shaped matrix cantilevering laterally from both collecting containers 15, 16 transversely against the hot gas flow direction G

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rohrbügeln 2, deren äußerer Umlenkungsbereich von einer Berandungsleitwand 3 umgeben ist, die zu- und abströmseitig mit der Wandstruktur des Heißgasgehäuses verbunden ist.pipe brackets 2, the outer deflection area of a Boundary baffle 3 is surrounded, the inflow and outflow side is connected to the wall structure of the hot gas housing.

Die Rohrmatrix 1 besteht also aus einem Feld von mit Abstand nebeneinander sowie - als Querschnitt gesehen verschachtelt im wesentlichen gleichförmig räumlich zueinander versetzt angeordneten Matrixrohrbügeln 2 (s.h. auch Fig. 11).The tube matrix 1 thus consists of a field of spaced apart side by side and - seen as a cross section, nested Matrix tube brackets 2 arranged essentially uniformly spatially offset from one another (see h. also Fig. 11).

Die beiden Rohrführungen für die voneinander getrennte Druckluftzufuhr in die Rohrmatrix bzw. Druckluftabführung aus der Rohrmatrix könnten auch in ein gemeinsames Sammelrohr integriert sein, wie dies aus der US-PS 3,746,083 bekannt ist.The two pipe guides for the separated Compressed air supply into the pipe matrix or compressed air discharge from the pipe matrix could also be in a common Be integrated manifold, as is known from US Pat. No. 3,746,083.

Wie auch anhand der Fig. 4 verdeutlicht, muß zwischen der Berandungsleitwand 3 und cen unmittelbar benachbarten Sektionen der Matrixrohrbügel 2. im äußeren Matrixumlenkungsbereich ein verhältnismäßig großer Abstand eingehalten werden, der zugleich gemäß Fig. 1 wiederum einen verhältnismäßig großen Heißgasteilleckfluß A erzwingen würde, der wiederum einen verminderten Wärmetauschgrad nach sich ziehen würde, weil der Heißgasteilleckfluß A, losgelöst von Heißgashauptstrom G, im wesentlichen nur den genannten Abstandsspalt durchströmt, nicht jedoch die im äußeren Randbereich befindlichen Matrixprofilbögen umströmt. Zugleich würde dem genannten 'Heißgasteilleck'fluß A gegenüber dem Heißgashauptstrom G ein verhältnismäßig großer Geschwindigkeitsüberschuß zuteil, der zu Mischturbulenzen beim Wiedereinströmen in den die Matrix verlassenden Hauptstrom G und damit ebenfalls zu Ungleichförmigkeiten des Wärmetauschprozesses führen könnte.As also illustrated with reference to FIG. 4, between the boundary guide wall 3 and cen must be immediately adjacent Sections of the matrix pipe bracket 2. in the outer matrix deflection area a relatively large distance must be maintained, which at the same time according to FIG. 1 in turn would force a relatively large hot gas part leakage flow A, which in turn would result in a reduced degree of heat exchange would entail because the hot gas part leakage flow A, detached from the hot gas main flow G, in essentially only flows through the mentioned spacing gap, but not those located in the outer edge area Flow around matrix profile arches. At the same time the said 'hot gas leakage' flow A would be opposite to the main hot gas flow G gives a relatively large excess velocity, which leads to mixed turbulence when flowing back in into the main flow G leaving the matrix and thus likewise to irregularities in the heat exchange process could lead.

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Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für im wesentlichen unveränderte Bauteile gegenüber Fig. 1 verkörpert in Fig. 4 a den Abstand der Matrixrohrbügel 2 zum Gehäuse bzw. zur Berandungsleitwand 3 in kaltem Zustand und b den betreffenden erforderlichen Abstand im heißen Zustand, der die zuvor beschriebenen Nachteile beim Wärmetauschprozeß zeitigt, andererseits aber unbedingt eingehalten werden muß, um z.B. Scheuerbewegungen der Matrix am Gehäuse bzw. an der Berandungsleitwand 3 zu verhindern, wobei diese 1Q Scheuerbewegungen z.B. ursächlich für betriebsbedingte Matrixschwingungen sein können (stoßweise Fahrbetrieb).Using the same reference numerals for essentially unchanged components compared to FIG. 1, in FIG heat exchange process zeitigt, but on the other hand, must be strictly adhered to in order to prevent as scouring movements of the matrix on the housing or on the Berandungsleitwand 3 wherein said 1 Q scrubbing motion, eg may be causative of operational matrix oscillations (intermittent drive mode).

Insbesondere muß besagter Abstand a (Fig. 4) baulich berücksichtigt werden, um betrieblich bedingte Differenz-,r dehnungen der Matrixrohrbügel 2 bzw. stets eine freie Dehnbarkeit der letzteren gegenüber dem Gehäuse bzw. der Berandungsleitwand 3 sicherstellen zu können.In particular, said distance a (Fig. 4) must structurally be taken into account in order to avoid operational differences, r expansions of the matrix tube bracket 2 or always a free stretchability of the latter relative to the housing or the To be able to ensure boundary baffle 3.

Fig. 5 verkörpert variableFig. 5 embodies variable

2Q dreier Matrixrohrbügel 2, V , 2 2Q three matrix tube brackets 2, V, 2

sich zum einen· in einem seitlichen Versatz c üßß Rohrbügels 2, zum-anderen in einem in M&trlxlängsxi,öhtung von der Berandungsleitwand 3 wegführend©** Versatz d des Rohrbügels 21 sowie z.B. in einem gegen dia Berandungsleitwand 3 gerichteten, in Matrixlängsrichtung verlaufenden Versatz e des Rohrbügels 211 äußern können.on the one hand in a lateral offset c üßß tube bracket 2, on the other hand in a M & trlxlängsxi, ötung leading away from the edge guide wall 3 © ** offset d of the tube bracket 2 1 and e.g. in an offset directed towards the edge guide wall 3 and running in the longitudinal direction of the matrix e of the tube bracket 2 11 can express.

Zur Lösung des in Rede stehenden und unter anderem über die Fig. 1, 4 und 5 verdeutlichten Problems soll gemäß QQ Fig. 3 der zwischen dem äußeren Umlenkungsbereich der Rohrbügelmatrix 1 und der daran angrenzenden Berandungsleitwand 3 befindliche Heißgasleckspalt (Heißgasmindestleckspalt b - Fig. 4) durch mindestens ein flexibles, elastisches Dichtelement 17 abgesperrt sein. Durch diesesTo solve the problem under discussion and, among other things, illustrated in FIGS. 1, 4 and 5, according to QQ, FIG. be shut off by at least one flexible, elastic sealing element 17. Because of this

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Dichtelement 17 gelingt es zunächst, die Wärmeverluste entsprechend gering zu halten; mit anderen Worten wird der verlustreiche Heißgasleckstromanteil A gemäß Fig. 1 vermieden, d.h., der Heißgashauptstrom G erfährt lediglieh im ü-förmigen Matrixumlenkbereich einen durch das genannte Dichtelement 17 erzwungenen, leicht seitlich auspendelnden Strömungsverlauf G1, der zugleich eine unbehinderte, nahezu vollständige Heißgasumströmung des Matrixrohrbügels, z.B. 2, also auch im äußeren Randbereich der 10. Matrix 1 ermöglicht.Sealing element 17 initially succeeds in keeping the heat losses correspondingly low; In other words, the high-loss hot gas leakage flow component A according to FIG. 1 is avoided, that is, the main hot gas flow G experiences only in the U-shaped matrix deflection area a flow path G 1 that is forced by said sealing element 17 and that swings out slightly to the side Matrix tube bracket, for example 2, thus also in the outer edge area of the 10th matrix 1.

Eine weitere Aufgabe des Dichtungselementes 17 ist es, die unterschiedlichen Temperaturdehnungen zwischen Rohrbündel und gekühltem, bzw. isoliertem Gehäuse 12 aufzunehmen wie zuvor anhand der Fig. 4 erläutert. Die Rohrbündel erfahren untereinander Relativbewegungen infolge unterschiedlicher Temperaturen, Schwingungen oder elastischer Auslenkungen. Das Dichtungselement 17 soll diese unterschiedlichen Bewegungen aufnehmen können, wie sie im übrigen auch schon in Fig. 5 zuvor erläutert worden sind.Another task of the sealing element 17 is to record different temperature expansions between the tube bundle and the cooled or insulated housing 12 as previously explained with reference to FIG. The tube bundles experience relative movements as a result of different Temperatures, vibrations or elastic deflections. The sealing element 17 is intended to handle these different movements can record, as they have also already been explained in Fig. 5 before.

Dabei kann dieses Dichtelement 17 (Fig. 3) den äußeren Umlenkungsbereich der Rohrbügelmatrix 1 teilweise bzw. im wesentlichen - wie dargestellt - oder aber auch gänz-5 lieh umschließen.This sealing element 17 (FIG. 3) can partially or essentially - as shown - or also completely enclose 5 borrowed.

Gemäß Fig.6 oder 8 oder 9 kann das Dichtelement 17 in besonders vorteilhafter Ausgestaltung als eine flexible, aus elastischem Metallfilz gefertigte Matte ausgebildet sein.According to Figure 6 or 8 or 9, the sealing element 17 in In a particularly advantageous embodiment, it is designed as a flexible mat made of elastic metal felt be.

Die flexible Matte paßt sich den zu Fig. 5 beispielhaft genannten Relativbewegungen der einzelnen Matrixrohrbügel 2, 2", 211, der Matrix 1 an und ist auch in der 35The flexible mat adapts to the relative movements of the individual matrix tube brackets 2, 2 ″, 2, 11 , of the matrix 1, mentioned by way of example in connection with FIG. 5, and is also shown in FIG

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Lage, die Schwingungen der betreffenden Matrixrohrbügel aufzunehmen bzw. stark zu dämpfen, also in der Art eines "Schwingungsdämpfungspolsters".Able to absorb or strongly dampen the vibrations of the matrix tube bracket in question, so in the manner of a "Vibration Damping Pad".

Wie ferner z.B. aus Fig. 3,4,5 oder 9 ersichtlich, kann die Berandungsleitwand 3 zumindest einschließlich zugehöriger heißgasan- und -abströmseitiger Wandstruktur des Gehäuses 12 auf der der Eohrmatrix 1 bzw. dem Dichtelement 17 zugekehrten Seite mit einer thermischen Isolierung 18 ausgekleidet sein, um das Gehäuse 12 möglichst kühl zu halten, und damit also keinen nennenswerten, heißgasbedingten thermischen Dehnungen auszusetzen.As can also be seen, for example, from Fig. 3, 4, 5 or 9, the boundary baffle 3 can include at least associated Wall structure of the housing 12 on the wall structure of the housing 12 on the hot gas inlet and outlet side on that of the ear matrix 1 or the sealing element 17 facing side be lined with thermal insulation 18 in order to keep the housing 12 as cool as possible hold, and thus not subject to any significant thermal expansion caused by hot gas.

Gemäß Fig. 9 soll das Dichtelement 17, als Metallfilzmatte, auf der von der Rohrbügelmatrix 1 abgewandten Seite mittels eines dünnen Bleches 19 abgedeckt sein, das gegenüber der Berandungsleitwand 3 bzw. deren Isolierung 18 unter Belassung einer bogenförmigen Gaszuströmpassage 20 angeordnet ist, die am stromabwärtigen Ende durch eine nach außen abgebogene Sektion des Bleches 19 als federnde Dichtung 21 zugleich abgesperrt ist, indem diese Sektion am Gehäuse 12 bzw. an der Berandungsleitwand 3 fixiert sein soll, z.B. im Wege einer Schraubverbindung 22. Dabei verkörpert die gestrichelte wiedergegebene Kontur des Bleches 19 die erfindungsgemäße thermische Kompensation als Folge dieser federelastischen Dichtungs-Absperr-Kombination.According to Fig. 9, the sealing element 17, as a metal felt mat, be covered on the side facing away from the tube bracket matrix 1 by means of a thin sheet 19, which opposite the Boundary guide wall 3 or its insulation 18 is arranged leaving an arcuate gas inflow passage 20 is, which at the downstream end by an outwardly bent section of the metal sheet 19 as a resilient seal 21 is blocked at the same time, in that this section is to be fixed to the housing 12 or to the boundary baffle 3, e.g. by way of a screw connection 22. The dashed contour of the plate 19 embodies the thermal compensation according to the invention as a result of this resilient seal-shut-off combination.

Fig. 9 verdeutlicht also ferner, das die Gaszuströmpassage 20 zur Abzweigung eines Teils der in HauptstrÖmungsrichtung gegen die Matrix 1 gerichteten Heißgase G ausgebildet sein soll.FIG. 9 also makes it clear that the gas inflow passage 20 for branching off part of the flow in the main flow direction against the matrix 1 directed hot gases G should be formed.

Erfindungsgemäß kann aber auch anstelle des Bleches 19 (Fig. 11) eine Folie vorgesehen sein.According to the invention, however, a film can also be provided instead of the metal sheet 19 (FIG. 11).

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~14~ 35H379~ 14 ~ 35H379

Nicht weiter dargestellt, können ferner einzelne Sektionen des Bleches 19 oder der Folie durch Löten, Falzen oder klammerartig mit der Metall-Filz-Matte verbunden sein.Not shown further, individual sections of the sheet 19 or the film can also be soldered, folded or be connected to the metal-felt mat in a clamp-like manner.

Im Hinblick auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ist es ferner besonders vorteilhaft, wenn das Abdeckblech 19 oder die Folie mit Durchbrüchen 23,24,25 versehen ist, die mit der Gaszuströmpassage 20 kommunizieren und über welche (23,24,25) die im äußeren Umlenkungsbereich befindliche Rohrbügelmatrix 1 über das als Metall-Filz-Matte ausgebildete Dichtelement 17 in Querrichtung umströmbar ist. Auf diese Weise kann also auch im äußeren Matrixumlenkbereich ein Kreuz-Gegenstrom-Wärmetauschprozeß ermöglicht werden. Die Pfeile F kennzeichnen den Heißgasfluß aus der Gaszuströmpassage 20, durch die Metall-Filz-Matte hindurch, über den äußeren randständigen Matrixrohrbügel 2 hinweg.With regard to the embodiment of FIG. 9, it is also particularly advantageous if the cover plate 19 or the film is provided with openings 23,24,25 which communicate with the gas inflow passage 20 and via which (23,24,25) the tube bracket matrix 1 located in the outer deflection area over the one designed as a metal-felt mat Sealing element 17 can be flowed around in the transverse direction. In this way, it can also be used in the outer matrix deflection area a cross-countercurrent heat exchange process can be made possible. The arrows F indicate the flow of hot gas from the Gas inflow passage 20, through the metal-felt mat, via the outer, marginal matrix tube bracket 2 away.

Gemäß Fig. 6 weist das als Metall-Filz-Matte ausgebildete Dichtelement 17 an der Kontaktzone für die unmittelbar benachbarten Rohrbügel 2 des Matrixumlenkbereiches entsprechend der anströmseitigen Profilkontur gemäß vorprofilierte Ausformungen 26 auf.According to FIG. 6, the sealing element 17, designed as a metal-felt mat, has at the contact zone for the directly adjacent tubular bracket 2 of the matrix deflection area according to the pre-profiled profile contour on the upstream side Formations 26 on.

Auf diese Weise kann eine weitere Stabilisierung der Profilrohrmatrix, insbesondere im äußeren randständigen umlenkungsbereich, erreicht werden. Ferner kann hierdurch die Abdichtwirkung verbessert werden.In this way, a further stabilization of the profile tube matrix, can be achieved in particular in the outer edge deflection area. Furthermore, this can the sealing effect can be improved.

Wie ferner anhand der Fig. 7 verdeutlicht, können die Durchbrüche 23,24,25 in der Weise örtlich unterschiedlich dimensioniert und verteilt sein, daß ein im Betrieb stets vorhandener Differenzgasdruck eine lastabhängige, abdichtende Anpreßkraft der von einem Blech 19 oder einerAs further illustrated by FIG. 7, the openings 23, 24, 25 can be locally different in this way be dimensioned and distributed so that a differential gas pressure that is always present during operation has a load-dependent, sealing Contact pressure of a sheet 19 or a

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~15' 35H379~ 15 '35H379

Folie ummantelten Metall-Filz-Matte gegen die daran angrenzenden Rohrbögen 2 der Rohrbügelmatrix 1 ausübt.Foil encased metal felt mat against the adjoining Pipe bends 2 of the pipe bracket matrix 1 exerts.

Da die Filzmatte mit dem durchbrochenen äußeren Blech/ Folie für das Heißgas einen durch Variation der Durchbruchsfläche anpaßbaren Widerstand bietet, übt die dabei entstehende Druckdifferenz eine Anpreßkraft in Richtung Rohrbogen aus. Diese Anpreßkraft erhöht die Dichtwirkung. Die Anpreßkraft ist dabei lastabhängig. Beim Einsatz dieses Wärmetauschers, z.B. in einer Fahrzeuggasturbine, hat dies den Vorteil, daß bei Leerlauf der Turbine und bei Stillstand des Fahrzeugs die Anpreßkraft gering ist (es treten dabei keine äußeren Kräfte auf, die zu Relativbewegungen der Rohrbündel führen). Im Fahrbetrieb, wo Stöße und Schwingungen die Rohrbündel auslenken können, wird durch verstärkte Anpreßkraft infolge höheren DifferenzdruckesSince the felt mat with the perforated outer sheet metal / foil for the hot gas creates a through variation of the perforated area offers adaptable resistance, the resulting pressure difference exerts a pressing force in the direction Elbow from. This pressing force increases the sealing effect. The contact pressure is load-dependent. When using this Heat exchanger, e.g. in a vehicle gas turbine, this has the advantage that when the turbine is idling and when it is at a standstill of the vehicle the contact pressure is low (there are no external forces that lead to relative movements the tube bundle). When driving, where shocks and vibrations can deflect the tube bundle, is through increased contact pressure due to higher differential pressure

Δ ρ bei höherer Triebwerksdrehzahl die Dichtwirkung erhöht und das Rohrbündel stabilisiert. At higher engine speed, Δ ρ increases the sealing effect and stabilizes the tube bundle.

Im Fahrbetrieb ergibt sich also ein erhöhter Gesamtmassendurchsatz durch das Gasturbinentriebwerk. Die dabei erhöhte Anpresskraft des z.B. als Metali-Filz-Matte ausgebildeten Dichtelements 17 resultiert aus der Druckdifferenz ^p zwischen dem auf der einen Seite in der Gaszuström— passage 20 (Fig. 9) sich als Ursache der vorgewählten Drosselwirkung über die Durchbrüche 23, 24, 25 (Fig. 7) ausbildenden Heißgasstaudruck p, der den Heißgasdruck p' in der Matrix, hinter der Metall-Filz-Matte, übersteigt (p> p1 ) .When driving, there is thus an increased total mass throughput through the gas turbine engine. The increased contact pressure of the sealing element 17, designed as a metal felt mat, for example, results from the pressure difference p between the one on the one hand in the gas inflow passage 20 (FIG. 9) which is the cause of the preselected throttling effect via the openings 23, 24 , 25 (Fig. 7) forming hot gas back pressure p, which exceeds the hot gas pressure p 'in the matrix behind the metal-felt mat (p> p 1 ).

In sinngemäßer Anlehnung an Fig. 9 sind auch in Fig. 8 die Heißgashauptströmungsrichtung mit G, die davon abgespaltenen, das als Metall-Filz-Matte ausgebildete Dicht-In analogy to FIG. 9, FIG. 8 also shows the hot gas main flow direction with G, the split off from it, the sealing mat designed as a metal felt mat

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element 17 durchströmenden Heißgasstromanteile mit F bezeichnet. element 17 is denoted by F flowing hot gas stream components.

Bei den Ausführungsbeispielen, z.B. nach Fig. 3, 8 und 9, 5In the exemplary embodiments, e.g. according to Figs. 3, 8 and 9, 5

sind die voneinander getrennten Druckluftführungen 15, 16 jeweils durch separate Sammelrohre 29, 30 gebildet. Stattdessen kann z.B. auch ein einzelnes Sammelrohr 31 zur Aufnahme von beiden getrennten Druckluftführungen 15, 16are the compressed air guides 15, 16 which are separate from one another each formed by separate manifolds 29, 30. Instead, for example, a single manifold 31 can also be used Receipt of two separate compressed air guides 15, 16

ausgebildet sein, wie dies bei einem Wärmetauscher nach 10be designed, as is the case with a heat exchanger according to FIG

Fig. 10 verdeutlicht ist, dessen Wirkungsweise grundsätzlicht hinsichtlich der übrigen Bezugszeichen 1, D, D', G mit Fig. 1 identisch ist.Fig. 10 is illustrated, the principle of operation with respect to the other reference numerals 1, D, D ', G is identical to FIG.

Wie ferner aus dem. Matrixquerschnitt nach Fig. 11 entnehm-As also from the. Matrix cross-section according to FIG. 11

bar, sollen die einzelnen Rohrbügel 2 der Matrix 1 vorzugsweise aerodynamisch optimierte, im Querschnitt lanzetten- oder linsenförmige Hohlprofilkörper sein, die jeweils zwei durch einen mittleren Quersteg 7' voneinander getrennte innere Druckluftkanäle 8', 91 aufweisen, die einebar, the individual tube brackets 2 of the matrix 1 should preferably be aerodynamically optimized, hollow profile bodies lancet-shaped or lenticular in cross-section, each having two inner compressed air channels 8 ', 9 1 separated from one another by a central transverse web 7', which have a

dreieckförmige, im Sinne der an- und abströmseitigen Enden zugespitzt auslaufende Konturierung aufweisen.triangular, in the sense of the upstream and downstream ends have pointed contouring.

Gemäß dem Matrixfeld nach Fig. 11 greifen dabei die einzelnen Profilreihen der Matrixrohrbügel 2 unter Gewähr-According to the matrix field according to FIG. 11, the individual grips Profile rows of the matrix tube bracket 2 under guarantee

leistung der zulässigen Heißgasversperrung räumlich verschachtelt ineinander.performance of the permissible hot gas barrier spatially nested within one another.

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Claims (15)

35H279 MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION MÜNCHEN GMBH München, den 18.4.1985 Patentansprüche35H279 MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION MÜNCHEN GMBH Munich, April 18, 1985 Patent claims 1. Wärmetauscher mit rohrbündelartiger, von Heißgas unströmter Kreuz-Gegenstrom-Matrix, die ein- und austrittsseitig mit voneinander getrennten Druckluftführungen kommuniziert, wobei die Matrix aus im wesentlichen U-förmigen Matrixrohrbügeln besteht, deren äußerer Umlenkungsbereich von einer Berandungsleitwand eines Gehäuses für die Heißgasführung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen dem äußeren Umlenkungsbereich der Rohrbügelmatrix (1) und der daran angrenzenden Berandungsleitwand (3) befindlicher Heißgasleckspalt durch mindestens ein flexibles, elastisches Dichtelement (17) abgesperrt ist.1. Heat exchanger with tube bundle-like, hot gas not flowing Cross-countercurrent matrix, the inlet and outlet side with separate compressed air ducts communicates, wherein the matrix consists of substantially U-shaped matrix tube brackets, the outer The deflection area is surrounded by a bordering wall of a housing for the hot gas guide, characterized in that that one between the outer deflection area of the tubular bracket matrix (1) and the adjacent one Boundary baffle (3) located hot gas leakage gap through at least one flexible, elastic sealing element (17) is locked. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (17) den äußeren Umlenkungsbereich der Rohrbügelmatrix (1) teilweise oder gänzlich umschließt.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the sealing element (17) has the outer deflection area the tubular bracket matrix (1) partially or completely encloses. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (17) eine flexible, aus elastischem Metallfilz gefertigte Matte ist.3. Heat exchanger according to claim 1 and 2, characterized in that the sealing element (17) is a flexible one made of elastic metal felt. ESP-802ESP-802 4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Berandungsleitwand (3) zumindest einschließlich zugehöriger heißgasan- und abströmseitiger Wandstrukturen des Gehäuses (12) auf der der Rohrbügelmatrix (1) bzw. dem Dichtelement (17) zugekehrten Seite mit einer thermischen Isolierung (18) ausgekleidet ist.4. Heat exchanger according to claim 1, 2 and 3, characterized in that that the boundary baffle (3) at least including the associated hot gas upstream and downstream Wall structures of the housing (12) on the tube bracket matrix (1) or the sealing element (17) facing Side is lined with thermal insulation (18). 5. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfilzmatte auf der von der Rohrbügelmatrix (1) abgewandten Seite mittels eines dünnen Bleches (19) abgedeckt ist, das gegenüber der Berandungsleitwand (3) bzw. deren Isolierung (18) unter Belassung einer bogenförmigen Gaszuströmpassage (20) angeordnet ist, die am stromabwärtigen Ende durch eine nach außen abgebogene Sektion des Bleches (19) als federnde Dichtung (22) zugleich abgesperrt ist, indem diese Sektion am Gehäuse (12) bzw. an der Berandungsleitwand (3) fixiert ist.5. Heat exchanger according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the metal felt mat is covered on the side facing away from the tubular bracket matrix (1) by means of a thin sheet (19), the opposite of the boundary wall (3) or its insulation (18) leaving an arcuate Gas inflow passage (20) is arranged, which is at the downstream end by an outwardly bent section of the sheet (19) as a resilient seal (22) at the same time is blocked by this section is fixed on the housing (12) or on the edge guide wall (3). 6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Bleches eine Folie vorgesehen ist.6. Heat exchanger according to claim 5, characterized in that a foil is provided instead of the sheet metal. 7. Wärmetauscher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Sektionen des Bleches (19) oder der Folie durch Löten, Falzen oder klammerartig mit der Metall-Filz-Matte verbunden sind.7. Heat exchanger according to claim 5 or 6, characterized in that that sections of the sheet (19) or the foil by soldering, folding or in a clamp-like manner with the metal-felt mat are connected. 8. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckblech8. Heat exchanger according to one or more of claims 5 to 7, characterized in that the cover plate (19) oder die Folie mit Durchbrüchen (23,24,25) versehen ist, die mit der Gaszuströmpassage (20) kommunizieren und mit denen auch die im äußeren Umlenkungsbereich befindliche Rohrbügelmatrix (1) über die Metall-Filz-Matte in Querrichtung (Kreuz-Gegenstrom) umströmbar ist.(19) or the film with openings (23,24,25) which communicate with the gas inflow passage (20) and with which also those in the outer deflection area The pipe bracket matrix (1) located can be flown around in the transverse direction (cross-countercurrent) via the metal-felt mat is. ESP-802
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9. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (23,24,25) in der Weise örtlich unterschiedlich dimensioniert und verteilt sind, daß ein im Betrieb stets vorhandener Differenzgasdruck eine lastabhängige, abdichtende Anpreßkraft der von einem Blech (19) oder einer Folie ummantelten Metall-Filz-Matte gegen die daran angrenzenden Rohrbögen der Rohrbügelmatrix (1) ausübt.9. Heat exchanger according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the openings (23,24,25) are locally dimensioned and distributed differently in such a way that one is always in operation existing differential gas pressure a load-dependent, sealing contact force of a sheet (19) or a foil-encased metal-felt mat against the adjacent pipe bends of the pipe bracket matrix (1) exercises. 10. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall-Filz-Matte an der Kontaktzone für die unmittelbar benachbarten Rohrbügel (2) des Matrixumlenkbereiches entsprechend der anströmseitigen Profilkontur gemäß vorprofilierte Ausformungen (26) aufweist.10. Heat exchanger according to one or more of the claims 1 to 9, characterized in that the metal-felt mat at the contact zone for the directly adjacent tubular bracket (2) of the matrix deflection area has pre-profiled formations (26) corresponding to the profile contour on the upstream side. 1.1. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuströmpassage (20) zur Abzweigung eines Teils der in Eauptströmungsrichtung gegen die llatrix (1) gerichteten Heißgase (G) ausgebildet ist.1.1. Heat exchanger according to claim 5, characterized in that that the gas inflow passage (20) for branching off part of the main flow direction towards the llatrix (1) directed hot gases (G) is formed. 12. Wämretauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche12. Heat exchanger according to one or more of the claims 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander getrennten Druckluftführungen (15, 16) in ein gemeinsames Sammelrohr (31) integriert sind.1 to 11, characterized in that the one another separate compressed air ducts (15, 16) into a common one Collector tube (31) are integrated. 13. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der voneinander getrennten Druckluftführungen (15,16) von einem Einzelsammeirohr (29,30) gebildet ist.13. Heat exchanger according to one or more of the claims 1 to 11, characterized in that each of the separate compressed air ducts (15, 16) of a single collecting tube (29,30) is formed. 14. WärmetauscheYnach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohrbügel (2) der Matrix aerodynamisch optimierte, im14. Heat exchange according to one or more of the claims 1 to 13, characterized in that the individual tubular brackets (2) of the matrix are aerodynamically optimized, in the ESP-8Q2 ·ESP-8Q2 18.4.1985April 18, 1985 35H37935H379 1 Querschnitt lanzetten- oder linsenförmige Hohlprofilkörper sind.1 cross-section are lancet-shaped or lenticular hollow profile bodies. 15. Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet. 5 daß die Hohlprofilkörper jeweils zwei durch einen15. Heat exchanger according to claim 14, characterized. 5 that the hollow profile body each two by one mittleren Quersteg (71) voneinander getrennte innere Druckluftkanäle (δ',91) aufweisen, die eine dreieckförmige, im Sinne der an- und abströmseitigen Enden zugespitzt auslaufende Konturierung aufweisen. 10middle transverse web (7 1 ) have separate inner compressed air channels (δ ', 9 1 ), which have a triangular, in the sense of the upstream and downstream ends tapering contouring. 10
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